EP3031109A1 - Funkenstreckenanordnung - Google Patents

Funkenstreckenanordnung

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EP3031109A1
EP3031109A1 EP14744597.7A EP14744597A EP3031109A1 EP 3031109 A1 EP3031109 A1 EP 3031109A1 EP 14744597 A EP14744597 A EP 14744597A EP 3031109 A1 EP3031109 A1 EP 3031109A1
Authority
EP
European Patent Office
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voltage
spark gap
fsa
trigger circuit
trg
Prior art date
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Granted
Application number
EP14744597.7A
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English (en)
French (fr)
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EP3031109B1 (de
Inventor
Peter Bobert
Eduard DORSCH
Frank Werner
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TDK Electronics AG
Original Assignee
Epcos AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Epcos AG filed Critical Epcos AG
Publication of EP3031109A1 publication Critical patent/EP3031109A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3031109B1 publication Critical patent/EP3031109B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/04—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage
    • H02H9/06—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage using spark-gap arresters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T15/00—Circuits specially adapted for spark gaps, e.g. ignition circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/005—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection avoiding undesired transient conditions
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/04—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage
    • H02H9/041—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage using a short-circuiting device

Definitions

  • Spark gap arrangement The invention relates to a spark gap arrangement with a triggerable spark gap.
  • Conventional triggerable spark gaps usually have at least three electrodes.
  • the electrodes For example, the
  • Electrodes are arranged in a gas-filled space, wherein by applying a corresponding voltage to one of the electrodes, preferably to a trigger electrode, a spark gap between the electrodes is ignited.
  • a corresponding voltage to one of the electrodes, preferably to a trigger electrode, a spark gap between the electrodes is ignited.
  • Such triggerable spark gaps can be components of surge arresters, for example, which are intended to protect electrical components, in particular electrical components operated with a DC voltage, against overvoltage.
  • the triggerable spark gap may be connected to an operating voltage of the respective electrical component. For example, in an abrupt
  • the triggerable spark gap can short-circuit the applied operating voltage.
  • the triggerable spark gap is further expediently with a
  • Electrodes of the triggerable spark gap flows, that is, the triggerable spark gap ignites or triggers the
  • An object to be solved is to provide a spark gap arrangement in which the triggerable spark gap ignites in a predetermined voltage range. This object is achieved by the spark gap arrangement with the features of patent claim 1.
  • a proposed spark gap arrangement comprises a triggerable spark gap and a trigger circuit comprising a first and a second charge storage, a
  • the voltage limiting component may comprise, for example, one or more semiconductor diodes.
  • Voltage limiting component and the trigger diode are designed to receive an input pulse in a predetermined
  • the input pulse may be an undesired electrical voltage pulse which is defective, in particular for further interconnected electrical components, and which is caused for example by a malfunction or destruction of parts of the circuit.
  • the triggerable spark gap is set up such that the triggerable diverting element switches through in a voltage-dependent manner over the first charge store and the second one
  • Spark gap arrangement relates to the possibility, for example, in electronically controlled voltage transformers or voltage transformers, which voltage sensitive
  • the trigger circuit is provided in particular, in cooperation with the
  • the predetermined voltage range is between 420 volts and 480 volts.
  • the predetermined voltage range is smaller than a maximum voltage of
  • Trigger circuit to a DC voltage as the operating voltage.
  • Trigger circuit to a DC voltage as the operating voltage.
  • In a preferred embodiment is located at the
  • Trigger circuit an operating voltage between 380 volts and 420 volts.
  • Spark gap arrangement for example, adapted for use in electronically controlled voltage transformers, which are operated at this operating voltage.
  • the voltage at which the voltage limiting component hamps the input pulse turns on, from the operating temperature of the
  • Trigger circuit off This dependence may, for example, result from a thermal drift behavior of a characteristic voltage of the voltage limiting component.
  • Voltage limiting component a plurality of zener diodes. By means of this configuration, it is particularly expedient to specify a voltage limiting component which is adapted to the predefined voltage range.
  • the Zener diodes are preferably connected in series in the trigger circuit, so that the operating voltage drops evenly across the Zener diodes.
  • the Zener diodes or their number can be dimensioned or adapted so that the
  • Input pulse in the predetermined voltage range is switched through by the Zener diodes.
  • the number of zener diodes or the zener diodes themselves are preferably adapted or dimensioned such that the
  • Voltage limiting component only turns on the input pulse when the voltage of the input pulse is in the predetermined voltage range.
  • the trigger circuit may comprise a series resistor connected in series with the zener diodes for limiting the voltage dropped across the zener diodes from the operating voltage by the voltage that falls across the series resistor.
  • the breakthrough respectively Zener voltages of the zener diodes may be temperature dependent.
  • the tolerances of the breakdown voltages of the Zener diodes are preferably temperature-related tolerances.
  • Embodiment can be advantageously made possible that the temperature-dependent drift of the breakdown voltages defines the predetermined voltage range, such that the voltage limiting component within the limits of the predetermined voltage range, the input pulse
  • a withstand voltage of the voltage limiting component for example, to about 420 volts or another voltage can be applied.
  • Breakdown voltages of the Zener diodes is suitably achieved that this breakdown voltage
  • the predetermined voltage range extends or distributed, so that it can be ensured that in the predetermined voltage range, a switching through of the input pulse by the voltage limiting component.
  • the sum of the breakdown voltages of the Zener diodes defines a lower limit of the predetermined voltage range.
  • the upper limit of the predetermined voltage range can be defined by the highest turn-on voltage of the Zener diodes during the operation of the trigger circuit.
  • the trigger diode is converted into a conductive state, so that a control current is fed to the control electrode of the thyristor to ignite this or to turn on.
  • the thyristor is connected to the second charge storage so that a discharge takes place via the primary side of the transformer.
  • Trigger circuit a first Widertand, wherein the first resistor is arranged such that the second
  • Charge memory during operation of the trigger circuit is charged to a voltage between 280 volts and 320 volts, preferably 300 volts.
  • Trigger circuit a second resistor, wherein the
  • Trigger circuit is arranged, the first charge storage via the second resistor by the input pulse
  • the first charge storage device may be a capacitor, in particular a decoupling capacitor, in order to
  • the thyristor To prevent unwanted switching of the thyristor.
  • the thyristor In a preferred embodiment, the
  • Trigger circuit a further voltage limiting component, which is adapted to limit the voltage at the primary side of the transformer to a predetermined value.
  • the limitation is preferably one
  • the predetermined value may be a predetermined maximum voltage of the primary side of the transformer.
  • Trigger circuit a third resistor
  • Trigger circuit is arranged such that the first resistor and the third resistor form a voltage divider for the operating or primary voltage of the trigger circuit and / or the transformer.
  • the resistance values of the first resistor and the third resistor are arranged such that the first resistor and the third resistor form a voltage divider for the operating or primary voltage of the trigger circuit and / or the transformer.
  • the voltage divider can advantageously be determined, the voltage to which the second charge storage is charged during operation of the trigger circuit.
  • Spark gap arrangement on a fuse which is connected to the triggerable spark gap, wherein the fuse is arranged, an electrical component of the
  • the electrical component may be an electronic component, which by the
  • the trigger circuit is integrated in a housing together with the triggerable spark gap.
  • the triggerable is integrated in a housing together with the triggerable spark gap.
  • Spark gap a gas discharge spark gap or a gas-filled electrical surge arrester.
  • Another aspect relates to an electronic component with the spark gap arrangement.
  • the electronic component has the electrical component, wherein the electronic
  • Component is set up such that the operating voltage is applied to the electrical component.
  • Component is a supercapacitor that has an electrical
  • the supercapacitor can be used to stabilize the operating voltage, for example for an application of the spark gap arrangement in
  • Component this is one, preferably electronic
  • Figure 1 shows schematically at least parts one
  • the spark gap arrangement FSA comprises a trigger circuit TRG and a triggerable spark gap TF.
  • the triggerable spark gap is for example a
  • the trigger circuit TRG is connected to the triggerable spark gap TF.
  • the triggerable spark gap is preferably further connected to a fuse (not explicitly shown) which is configured to respond as soon as the triggerable spark gap is triggered or ignited.
  • the fuse is preferably provided to protect against overvoltage electrical component, which with the
  • Trigger circuit can be interconnected by the
  • the trigger circuit TRG comprises a transformer TR.
  • the transformer TR may be a high voltage transformer.
  • a primary winding Tl of the transformer is smaller
  • transformer TR shown as a secondary winding T2, to express that through the transformer TR is preferably a
  • the trigger circuit TRG comprises, as shown in Figure 1, a series circuit of Zener diodes, preferably 13 Zener diodes.
  • the Zener diodes preferably have one
  • the voltage limiting component SBK can be designed such that tolerances of the
  • Zener diodes can be any breakdown voltages of Zener diodes.
  • Zener diodes can be temperature dependent.
  • the voltage breakdown of the Zener diodes can be caused by the avalanche effect.
  • Breakdown voltages of the Zener diodes be positive.
  • the tolerances of the breakdown voltages of the Zener diodes are preferably temperature-related tolerances. Still in series with the Zener diodes is a
  • Zener diodes represented by way of example represent a voltage limiting component SBK of
  • Spark gap arrangement FSA About the dimensioning of the resistor Rl, for example, the voltage drop across the voltage limiting component SBK can be adjusted.
  • the trigger circuit TRG further comprises a trigger diode or a Diac DI.
  • the trigger diode DI is connected in series with the voltage limiting component SBK.
  • the trigger circuit TRG further includes a first resistor R3 and a second resistor R2.
  • the first resistor R3 may, for example, a
  • the trigger circuit TRG further comprises a first charge storage Cl.
  • Trigger circuit TRG further includes a second Charge storage C2.
  • the second charge storage device C2 is connected to a connection with the resistors R3 and R4 and with a second connection to the primary winding Tl of the
  • Charge storage may be 47 nF, for example.
  • the second resistor R2 is in series with a first one
  • the second resistor R2 and the first charge storage Cl are connected in parallel with the resistor R1. Via the second resistor R2, furthermore, the first charge storage C1 is charged.
  • the voltage limiting component SBK and the trigger diode DI are further set up or designed to switch on an input pulse caused, for example, by an overvoltage in a predetermined voltage range and to charge the first charge storage C1 via the second resistor R2.
  • An input pulse from such overvoltage may be caused, for example, by the failure or destruction of a component of the circuit or application in which the spark gap device FSA is employed.
  • the spark gap arrangement FSA can, for example, in
  • Component may be, for example, an output transistor of said DC-DC converter.
  • the trigger circuit further comprises a third resistor R4, which forms a voltage divider for the applied operating voltage together with the first resistor R3.
  • the second charge storage C2 is connected in parallel to the third resistor R4.
  • the third resistor R4 may have, for example, a resistance value of 20 ⁇ .
  • the voltage is determined to which the second charge storage C2 in the operation of the
  • Trigger circuit TRG is charged.
  • the trigger circuit TRG is preferably for a DC operation
  • an operating voltage between 380 volts and 420 volts, preferably 400 volts to the
  • the trigger circuit TRG further comprises a thyristor TH.
  • a sufficient charge quantity or voltage preferably remains on the second charge storage device C2 in order to generate a sufficient voltage pulse in the transformer TR in the event of a short circuit across the thyristor TH.
  • the trigger circuit TRG further comprises another
  • Voltage limiting component is connected in parallel with the third resistor R4.
  • Voltage limiting component is further configured to protect the voltage on the primary side Tl of the transformer TR from an overvoltage.
  • Resistor R3 to a voltage between 280 volts and 320 volts, preferably about 300 volts, charged.
  • the first voltage limiting component SBK is preferably designed such that it receives an input pulse in one predetermined voltage range between 420 and 480 volts through.
  • Transformers TR generates a voltage pulse, which on the secondary side T2 transformed up to a
  • Voltage pulse at the triggerable spark gap TF leads. This voltage pulse in turn leads to a triggering or triggering or igniting the triggerable
  • the spark gap assembly FSA may be provided in an electronic component or for an electronic circuit (see above).
  • This electronic component or the circuit may comprise an electrical component, for example a supercapacitor (not explicitly shown), which is provided by the
  • the operating voltage of the trigger circuit TRG corresponds to be protected.
  • a maximum voltage of such a supercapacitor is preferably 500 volts.
  • Component have a different voltage value.
  • the present description also includes sizing of the components of the trigger circuit, which are not explicitly mentioned herein.
  • the predetermined voltage range can be selected differently and / or be adapted to a different operating or maximum voltage than described.

Landscapes

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)
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Abstract

Es wird eine Funkenstreckenanordnung (FSA) mit einer triggerbaren Funkenstrecke (TF) und einer Triggerschaltung (TRG) umfasst angegeben. Die Funkenstreckenanordnung (FSA) umfasst weiterhin einen ersten und einen zweiten Ladungsspeicher (C1, C2), eine Spannungsbegrenzungskomponente (SBK), eine Triggerdiode (DI), ein triggerbares Ableitelement (TH) und einen Transformator (TR). Die Spannungsbegrenzungskomponente (SBK)und die Triggerdiode (DI)sind ausgelegt, einen Eingangsimpuls in einem vorbestimmten Spannungsbereich durchzuschalten und den ersten Ladungsspeicher (C1) aufzuladen. Weiterhin ist die Triggerschaltung (TRG) derart eingerichtet, dass das triggerbare Ableitelement (TH) spannungsabhängig über dem ersten Ladungsspeicher (C1) durchschaltetund den zweiten Ladungsspeicher (C2) über eine Primärseite (T1) des Transformators (TR) entlädt.

Description

Beschreibung
Funkenstreckenanordnung Die Erfindung betrifft eine Funkenstreckenanordnung mit einer triggerbaren Funkenstrecke.
Herkömmliche triggerbare Funkenstrecken weisen üblicherweise wenigstens drei Elektroden auf. Beispielsweise sind die
Elektroden in einem gasgefüllten Raum angeordnet, wobei durch Anlegen einer entsprechenden Spannung an eine der Elektroden, vorzugsweise an eine Triggerelektrode, eine Funkenstrecke zwischen den Elektroden gezündet wird. Beispielsweise
entsteht dabei in dem gasgefüllten Raum eine ionisierte
Strecke, über die ein Strom zwischen den Elektroden fließt.
Solche triggerbaren Funkenstrecken können beispielsweise Bestandteile von Überspannungsableitern sein, die elektrische Komponenten, insbesondere mit einer Gleichspannung betriebene elektrische Komponenten, vor einer Überspannung schützen sollen. Zu diesem Zweck kann die triggerbare Funkenstrecke an eine Betriebsspannung der jeweiligen elektrischen Komponente angeschlossen sein. Beipielsweise bei einem abrupten
Spannungsanstieg kann die triggerbare Funkenstrecke die anliegende Betriebsspannung kurzschließen. Die triggerbare Funkenstrecke ist weiterhin zweckmäßigerweise mit einer
Sicherung verbunden, die, sobald ein Strom zwischen den
Elektroden der triggerbaren Funkenstrecke fließt, das heisst die triggerbare Funkenstrecke zündet oder auslöst, die
Sicherung anspricht und den Stromkreis der elektrischen
Komponente unterbricht. Eine zu lösende Aufgabe ist es, eine Funkenstreckenanordnung anzugeben, bei der die triggerbare Funkenstrecke in einem vorgegebenen Spannungsbereich zündet. Diese Aufgabe wird durch die Funkenstreckenanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Eine vorgeschlagene Funkenstreckenanordnung umfasst eine triggerbare Funkenstrecke und eine Triggerschaltung, die einen ersten und einen zweiten Ladungsspeicher, eine
Spannungsbegrenzungskomponente, eine Triggerdiode, ein triggerbares Ableitelement und einen Transformator umfasst. Die Spannungsbegrenzungskomponente kann beispielsweise eine oder mehrere Halbleiterdioden umfassen. Die
Spannungsbegrenzungskomponente und die Triggerdiode sind ausgelegt, einen Eingangsimpuls in einem vorbestimmten
Spannungsbereich durchzuschalten und den ersten
Ladungsspeicher aufzuladen.
Bei dem Eingangsimpuls kann es sich um einen unerwünschten, insbesondere für weitere verschaltete elektrische Komponenten schadhaften, elektrischen Spannungsimpuls handeln, der beispielsweise durch eine Fehlfunktion oder Zerstörung von Teilen der Schaltung hervorgerufen wird.
Die triggerbare Funkenstrecke ist derart eingerichtet, dass das triggerbare Ableitelement spannungsabhängig über dem ersten Ladungsspeicher durchschaltet und den zweiten
Ladungsspeicher über eine Primärseite des Transformators entlädt. Eine Sekundärseite des Transformators ist mit der triggerbaren Funkenstrecke verbunden. Ein Vorteil der Funkenstreckenanordnung betrifft die Möglichkeit, beispielsweise bei elektronisch geregelten Spannungsumformern oder Spannungswandlern, welche spannungsempfindliche
Bauelemente oder Komponenten aufweisen, als
Überspannungsschutz zu fungieren. Die Triggerschaltung ist insbesondere vorgesehen, in dem Zusammenwirken mit der
Funkenstreckenanordnung eine bestimmten Anforderungen
genügende Spannungstoleranz zu erreichen, welche mit einer triggerbaren Funkenstrecke allein nicht erreichbar ist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung liegt der vorbestimmte Spannungsbereich zwischen 420 Volt und 480 Volt. Durch diese Ausgestaltung wird zweckmäßigerweise erreicht, dass genau in dem genannten Spannungsbereich ein Eingangsimpuls von der Spannungsbegrenzungskomponente durchgeschaltet wird. Dies ermöglicht, dass die triggerbare Funkenstrecke auslöst beziehungsweise zündet. Zweckmäßigerweise ist der vorgegebene Spannungsbereich kleiner als eine Höchstspannung der
elektrischen Komponente, welche vor Überspannung geschützt werden soll.
In einer bevorzugten Ausgestaltung liegt an der
Triggerschaltung eine Gleichspannung als Betriebsspannung an. In einer bevorzugten Ausgestaltung liegt an der
Triggerschaltung eine Betriebsspannung zwischen 380 Volt und 420 Volt an. Durch diese Ausgestaltung kann die
Funkenstreckenanordnung beispielsweise für eine Anwendung in elektronisch gesteuerten Spannungswandlern angepasst werden, welche bei dieser Betriebsspannung betrieben werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung hängt die Spannung, bei der die Spannungsbegrenzungskomponente den Eingangsimpuls durchschaltet, von der Betriebstemperatur der
Triggerschaltung ab. Diese Abhängigkeit kann beispielsweise von einem thermischen Driftverhalten einer charakteristischen Spannung der Spannungsbegrenzungskomponente herrühren.
In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die
Spannungsbegrenzungskomponente eine Mehrzahl von Zener- Dioden. Durch diese Ausgestaltung kann besonders zweckmäßig eine Spannungsbegrenzungskomponente angegeben werden, die an den vorgegebenen Spannungsbereich angepasst ist. Die Zener- Dioden sind vorzugsweise in der Triggerschaltung in Reihe geschaltet, so dass die Betriebsspannung gleichmäßig über den Zener-Dioden abfällt. Die Zener-Dioden oder deren Anzahl kann derart dimensioniert oder angepasst sein, dass der
Eingangsimpuls in dem vorgegebenen Spannungsbereich von den Zener-Dioden durchgeschaltet wird. Die Anzahl der Zener- Dioden oder die Zener-Dioden selbst sind vorzugsweise derart angepasst oder dimensioniert, dass die
Spannungsbegrenzungskomponente den Eingangsimpuls nur dann durchschaltet, wenn die Spannung des Eingangsimpulses in dem vorbestimmten Spannungsbereich liegt.
Die Triggerschaltung kann alternativ einen Reihenwiderstand umfassen, welcher mit den Zener-Dioden in Reihe geschaltet ist, um die Spannung, welche über den Zener-Dioden abfällt, gegenüber der Betriebsspannung um die Spannung, welche über dem Reihenwiderstand abfällt, einzuschränken.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die
Spannungsbegrenzungskomponente derart ausgelegt, dass
Toleranzen der Durchbruchspannungen der Zener-Dioden oder die Durchbruchspannungen selbst den vorbestimmten
Spannungsbereich definieren. Die Durchbruch- beziehungsweise Zenerspannungen der Zener-Dioden können temperaturabhängig sein. Bei den Toleranzen der Durchbruchspannungen der Zener- Dioden handelt es sich vorzugsweise um temperaturbedingte Toleranzen .
In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die
Spannungsbegrenzungskomponente dreizehn Zener-Dioden mit einer Durchbruchspannung von je 33 Volt. Durch diese
Ausgestaltung kann vorteilhafterweise ermöglicht werden, dass die temperaturabhängige Drift der Durchbruchspannungen den vorbestimmten Spannungsbereich definiert, derart dass die Spannungsbegrenzungskomponente innerhalb der Grenzen des vorbestimmten Spannungsbereichs den Eingangsimpuls
durchschaltet. Weiterhin kann eine Durchschhaltspannung der Spannungsbegrenzungskomponente beispielsweise auf circa 420 Volt oder eine andere Spannung angesetzt werden.
Durch den positiven Temperaturkoeffizienten der
Durchbruchspannungen der Zener-Dioden wird zweckmäßigerweise erreicht, dass sich diese Durchbruchspannung
temperaturbedingt über einen Spannungsbereich, insbesondere den vorgegebenen Spannungsbereich erstreckt oder verteilt, so dass sichergestellt werden kann, dass in dem vorgegebenen Spannungsbereich ein Durchschalten des Eingangsimpulses durch die Spannungsbegrenzungskomponente erfolgt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung definiert die Summe der Durchbruchspannungen der Zener-Dioden eine untere Grenze des vorgegebenen Spannungsbereichs.
In einer bevorzugten Ausgestaltung definiert die maximale Temperaturdrift der Durchbruchspannungen während eines
Betriebs der Triggerschaltung die obere Grenze des vorgegebenen Spannungsbereichs. Insbesondere kann dabei die obere Grenze des vorgegebenen Spannungsbereichs durch die höchste Durchschaltspannung der Zener-Dioden während des Betriebs der Triggerschaltung definiert werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst das triggerbare Ableitelement einen Thyristor, wobei die Triggerdiode in Reihe zu der Spannungsbegrenzungskomponente geschaltet und eingerichtet ist, den Thyristor in Abhängigkeit der Spannung über dem ersten Ladungsspeicher leitend zu schalten. Wenn also die Spannung über dem ersten Ladungsspeicher die
Durchschaltspannung erreicht, wird die Triggerdiode in einen leitenden Zustand überführt, so dass ein Steuerstrom auf die Steuerelektrode des Thyristors geführt wird, um diesen zu zünden beziehungsweise leitend zu schalten. Der Thyristor ist dabei mit dem zweiten Ladungsspeicher so verschaltet, dass eine Entladung über die Primärseite des Transformators erfolgt . In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die
Triggerschaltung einen ersten Widertand, wobei der erste Widerstand derart eingerichtet ist, dass der zweite
Ladungsspeicher im Betrieb der Triggerschaltung auf eine Spannung zwischen 280 Volt und 320 Volt, vorzugsweise 300 Volt aufgeladen wird.
In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die
Triggerschaltung einen zweiten Widerstand, wobei die
Triggerschaltung eingerichtet ist, den ersten Ladungsspeicher über den zweiten Widerstand durch den Eingangsimpuls
aufzuladen. Der erste Ladungsspeicher kann ein Kondensator, insbesondere ein Entkoppelkondensator sein, um ein
unerwünschtes Durchschalten des Thyristors zu verhindern. In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die
Triggerschaltung eine weitere Spannungsbegrenzungskomponente, welche eingerichtet ist, die Spannung an der Primärseite des Transformators auf einen vorgegebenen Wert zu begrenzen. Bei der Begrenzung handelt es sich vorzugsweise um einen
Überspannungsschutz der Primärseite des Transformators. Der vorgegebene Wert kann eine vorgegebene Höchstspannung der Primärseite des Transformators sein.
In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die
Triggerschaltung einen dritten Widerstand, wobei die
Triggerschaltung derart eingerichtet ist, dass der erste Widerstand und der dritte Widerstand einen Spannungsteiler für die Betriebs- oder Primärspannung der Triggerschaltung und/oder des Transformators bilden. Über die Widerstandswerte des ersten Widerstandes und des dritten Widerstandes
beziehungsweise die Dimensionierung des Spannungsteilers kann vorteilhafterweise die Spannung bestimmt werden, auf die der zweite Ladungsspeicher im Betrieb der Triggerschaltung aufgeladen wird.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die
Funkenstreckenanordnung eine Sicherung auf, die mit der triggerbaren Funkenstrecke verbunden ist, wobei die Sicherung eingerichtet ist, eine elektrische Komponente von der
Betriebsspannung zu trennen. Die elektrische Komponente kann ein elektronisches Bauteil sein, welches durch die
Funkenstreckenanordnung vor einer Überspannung geschützt werden soll. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Triggerschaltung in ein Gehäuse zusammen mit der triggerbaren Funkenstrecke integriert . In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die triggerbare
Funkenstrecke eine Gasentladungsfunkenstrecke oder ein gasgefüllter elektrischer Überspannungsabieiter.
Ein weiterer Aspekt betrifft ein elektronisches Bauteil mit der Funkenstreckenanordnung. Das elektronische Bauteil weist die elektrische Komponente auf, wobei das elektronische
Bauteil derart eingerichtet ist, dass an der elektrischen Komponente die Betriebsspannung anliegt. Durch diese
Ausgestaltung kann die Funkenstreckenanordnung
vorteilhafterweise an die Betriebsspannung der elektrischen Komponente angepasst werden, so dass die elektrische
Komponente durch die Funkenstreckenanordnung vor einer
Überspannung, welche die elektrische Komponente zerstören könnte, geschützt werden kann.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die elektrische
Komponente ein Superkondensator, der eine elektrische
Höchstspannung von 500 Volt aufweist. Der Superkondensator kann zur Stabilisierung der Betriebsspannung, beispielsweise für eine Anwendung der Funkenstreckenanordnung in
Spannungswandlern, eingesetzt werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des elektronischen
Bauteils, ist dieses ein, vorzugsweise elektronisch
geregelter, Gleichspannungswandler.
Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausgestaltungen und
Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren .
Figur 1 zeigt schematisch zumindest Teile eine
Funkenstreckenanordnung mit einer Triggerschaltung.
Die Funkenstreckenanordnung FSA umfasst eine Triggerschaltung TRG und eine triggerbare Funkenstrecke TF. Die triggerbare Funkenstrecke ist beispielsweise eine
Gasentladungsfunkenstrecke oder ein gasgefüllter elektrischer Überspannungsabieiter. Die Triggerschaltung TRG ist mit der triggerbaren Funkenstrecke TF, verbunden. Die triggerbare Funkenstrecke ist vorzugsweise weiterhin mit einer Sicherung (nicht explizit dargestellt) verbunden, welche eingerichtet ist anzusprechen, sobald die triggerbare Funkenstrecke ausgelöst wird beziehungsweise zündet. Die Sicherung ist vorzugsweise vorgesehen, eine vor einer Überspannung zu schützenden elektrischen Komponente, welche mit der
Triggerschaltung verschaltet sein kann, von der
Betriebsspannung zu trennen.
Die Triggerschaltung TRG umfasst einen Transformator TR. Der Transformator TR kann ein Hochspannungstransformator sein. Eine Primärwicklung Tl des Transformators ist kleiner
dargestellt als eine Sekundärwicklung T2, um auszudrücken, dass durch den Transformator TR vorzugsweise eine
Spannungstransformation zwischen der Primärseite Tl und der Sekundärseite T2 des Transformators TR durchgeführt wird. Die Triggerschaltung TRG umfasst, wie in Figur 1 dargestellt, eine Serienschaltung von Zener-Dioden, vorzugsweise 13 Zener- Dioden. Die Zener-dioden haben vorzugsweise eine
Durchbruchspannung oder Zenerspannung von je 33 Volt. Auf diese Weise kann die Spannungsbegrenzungskomponente SBK derart ausgelegt werden, dass Toleranzen der
Durchbruchspannungen der Zener-Dioden der
Spannungsbegrenzungskomponente SBK den vorbestimmten
Spannungsbereich definieren.
Die Durchbruchpannungen der Zener-Dioden können
temperaturabhängig sein. Der Spannungsdurchbruch der Zener- Dioden kann durch den Lawineneffekt hervorgerufen sein.
Dementsprechend kann der Temperaturkoeffizient der
Durchbruchspannungen der Zener-Dioden positiv sein. Bei den Toleranzen der Durchbruchspannungen der Zener-Dioden handelt es sich vorzugsweise um temperaturbedingte Toleranzen. Weiterhin in Reihe mit den Zener-Dioden ist ein
Reihenwiderstand Rl geschaltet. Die in der Figur 1
dargestellten Zener-Dioden repräsentieren beispielhaft eine Spannungsbegrenzungskomponente SBK der
Funkenstreckenanordnung FSA. Über die Dimensionierung des Widerstandes Rl kann beispielsweise der Spannungsabfall über der Spannungsbegrenzungskomponente SBK eingestellt werden.
Die Triggerschaltung TRG umfasst weiterhin eine Triggerdiode oder einen Diac DI. Die Triggerdiode DI ist in Reihe mit der Spannungsbegrenzungskomponente SBK geschaltet.
Die Triggerschaltung TRG umfasst weiterhin einen ersten Widerstand R3 und einen zweiten Widerstand R2. Der erste Widerstand R3 kann beispielsweise einen
Widerstandswert von 6,8 ΜΩ haben. Die Triggerschaltung TRG umfasst weiterhin einen ersten Ladungsspeicher Cl . Die
Triggerschaltung TRG umfasst weiterhin einen zweiten Ladungsspeicher C2. Der zweite Ladungsspeicher C2 ist mit einem Anschluss mit den Widerständen R3 und R4 und mit einem zweiten Anschluss mit der Primärwicklung Tl des
Transformators TR verbunden. Die Kapazität des zweiten
Ladungsspeichers kann beispielsweise 47 nF betragen.
Der zweite Widerstand R2 ist in Serie mit einem ersten
Ladungsspeicher Cl geschaltet. Der zweite Widerstand R2 und der erste Ladungsspeicher Cl sind parallel zu dem Widerstand Rl geschaltet. Über den zweiten Widerstand R2 wird weiterhin der erste Ladungsspeicher Cl aufgeladen.
Die Spannungsbegrenzungskomponente SBK und die Triggerdiode DI sind weiterhin eingerichtet oder ausgelegt, einen, beispielsweise durch eine Überspannung hervorgerufenen, Eingangsimpuls in einem vorbestimmten Spannungsbereich durchzuschalten und den ersten Ladungsspeicher Cl über den zweiten Widerstand R2 aufzuladen. Ein Eingangsimpuls durch eine solche Überspannung kann beispielsweise durch den Ausfall oder die Zerstörung einer Komponente der Schaltung oder Anwendung verursacht werden, in der die Funkenstreckenanordnung FSA eingesetzt wird. Die Funkenstreckenanordnung FSA kann beispielsweise in
Gleichspannungswandlern eingesetzt werden. Eine solche
Komponente kann beispielsweise ein Ausgangstransistor des genannten Gleichspannungswandlers sein.
Die Triggerschaltung weist weiterhin einen dritten Widerstand R4 auf, welcher zusammen mit dem ersten Widerstand R3 einen Spannungsteiler für die anliegende Betriebsspannung bildet. Der zweite Ladungsspeicher C2 ist parallel zu dem dritten Widerstand R4 geschaltet. Der dritte Widerstand R4 kann beispielsweise einen Widerstandswert von 20 ΜΩ haben. Über den Spannungsteiler beziehungsweise die Dimensionierung des ersten Widerstands R3 und des dritten Widerstands R4 wird die Spannung bestimmt, auf welche der zweite Ladungsspeicher C2 im Betrieb der
Triggerschaltung TRG aufgeladen wird. Die Triggerschaltung TRG ist vorzugsweise für einen Gleichspannungsbetrieb
ausgelegt. Vorzugsweise wird eine Betriebsspannung zwischen 380 Volt und 420 Volt, vorzugsweise 400 Volt an die
Triggerschaltung TRG angelegt.
Die Triggerschaltung TRG umfasst ferner einen Thyristor TH. Im Betrieb verbleibt auf dem zweiten Ladungsspeicher C2 vorzugsweise eine ausreichende Ladungsmenge beziehungsweise Spannung, um beim Kurzschluss über dem Thyristor TH einen ausreichenden Spannungspuls im Transformator TR zu erzeugen.
Die Triggerschaltung TRG umfasst weiterhin eine weitere
Spannungsbegrenzungskomponente, welche beispielhaft durch die Zener-Dioden D4 und D5 repräsentiert ist. Die weitere
Spannungsbegrenzungskomponente ist parallel zu dem dritten Widerstand R4 geschaltet. Die weitere
Spannungsbegrenzungskomponente ist weiterhin eingerichtet, die Spannung an der Primärseite Tl des Transformators TR vor einer Überspannung zu schützen.
Im Betrieb der Funkenstreckenanordnung FSA wird
beispielsweise der Ladungsspeicher C2 über den ersten
Widerstand R3 auf eine Spannung zwischen 280 Volt und 320 Volt, vorzugsweise circa 300 Volt, aufgeladen. Die erste Spannungsbegrenzungskomponente SBK ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass sie einen Eingangsimpuls in einem vorgegebenen Spannungsbereich zwischen 420 und 480 Volt durchschaltet .
Nach dem Durchschalten des Eingangsimpulses wird der erste Ladungsspeicher Cl über den zweiten Widerstand R2 aufgeladen. Der Thyristor TH wird dementsprechend durch die Ladespannung des ersten Ladungsspeichers Cl gezündet, so dass eine
niederohmige Verbindung zwischen dem zweiten Ladungsspeicher C2 und dem unteren Anschluss der Primärwicklung Tl entsteht. Anders ausgedrückt ist der zweite Ladungsspeicher über den Thyristor TH und die Primärwicklung Tl kurzgeschlossen.
Infolgedessen wird in der Primärwicklung Tl des
Transformators TR ein Spannungspuls generiert, welcher auf der Sekundärseite T2 hochtransformiert zu einem
Spannungsimpuls an der triggerbaren Funkenstrecke TF führt. Dieser Spannungsimpuls führt dann wiederum zu einem Triggern beziehungsweise Auslösen oder Zünden der triggerbaren
Funkenstrecke TF. Die Funkenstreckenanordnung FSA kann in einem elektronischen Bauteil oder für eine elektronische Schaltung (siehe oben) vorgesehen werden. Dieses elektronische Bauteil oder die Schaltung (nicht explizit dargestellt) kann eine elektrische Komponente, beispielsweise einen Superkondensator (nicht explizit dargestellt) umfassen, welche durch die
Funkenstreckenanordnung vor einer Überspannung, die
vorzugsweise der Betriebsspannung der Triggerschaltung TRG entspricht, geschützt werden. Eine Höchstspannung eines solchen Superkondensators beträgt vorzugsweise 500 Volt.
Alternativ kann eine Höchstspannung der elektrischen
Komponente einen anderen Spannungswert aufweisen. Obwohl dies nicht explizit beschrieben ist, umfasst die vorliegende Beschreibung ebenfalls Dimensionierungen der Komponenten der Triggerschaltung, welche vorliegend nicht explizit genannt sind. Insbesondere kann der vorgegebene Spannungsbereich anders gewählt und/oder auf eine andere als die beschriebene Betriebs- oder Höchstspannung angepasst sein .
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die
Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugs zeichenliste
TF Triggerbare Funkenstrecke TRG TriggerSchaltung
TR Transistor
Tl Primärseite
T2 Sekundärseite
SBK Spannungsbegrenzungskomponente
D4, D5 Zener-Diode
Rl, R2, R3, R4 Widerstand
Cl, C2 Ladungsspeieher
DI Triggerdiode, Diac
TH Thyristor

Claims

Patentansprüche
1. Funkenstreckenanordnung (FSA) mit einer triggerbaren
Funkenstrecke (TF) und einer Triggerschaltung (TRG) , die einen ersten und einen zweiten Ladungsspeicher (Cl, C2), eine Spannungsbegrenzungskomponente (SBK) , eine
Triggerdiode (DI), ein triggerbares Ableitelement (TH) und einen Transformator (TR) umfasst;
wobei die Spannungsbegrenzungskomponente (SBK) und die Triggerdiode (DI) ausgelegt sind, einen Eingangsimpuls in einem vorbestimmten Spannungsbereich durchzuschalten und den ersten Ladungsspeicher (Cl) aufzuladen;
wobei die Triggerschaltung (TRG) derart eingerichtet ist, dass das triggerbare Ableitelement (TH)
spannungsabhängig über dem ersten Ladungsspeicher (Cl) durchschaltet und den zweiten Ladungsspeicher (C2) über eine Primärseite (Tl) des Transformators (TR) entlädt; und
wobei eine Sekundärseite (T2) des Transformators (TR) mit der triggerbaren Funkenstrecke (TF) verbunden ist.
2. Funkenstreckenanordnung (FSA) nach Anspruch 1, wobei der vorbestimmte Spannungsbereich zwischen 420 Volt und 480 Volt liegt.
3. Funkenstreckenanordnung (FSA) nach Anspruch 1 oder 2, wobei an einem Eingang der Triggerschaltung (TRG) eine Betriebsspannung zwischen 380 Volt und 420 Volt anliegt.
4. Funkenstreckenanordnung (FSA) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die
Spannungsbegrenzungskomponente (SBK) eine Mehrzahl von Zener-Dioden umfasst. Funkenstreckenanordnung (FSA) nach Anspruch 4, wobei die Spannungsbegrenzungskomponente (SBK) derart ausgelegt ist, dass die Durchbruchspannungen der Zener-Dioden den vorbestimmten Spannungsbereich definieren.
Funkenstreckenanordnung (FSA) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die
Spannungsbegrenzungskomponente (SBK) 13 Zener-Dioden mit einer Durchbruchsspannung von je 33 Volt umfasst.
Funkenstreckenanordnung (FSA) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das triggerbare
Ableitelement (TH) einen Thyristor (TH) umfasst, wobei die Triggerdiode (DI) in Reihe zu der
Spannungsbegrenzungskomponente (SBK) geschaltet und eingerichtet ist, den Thyristor (TH) in Abhängigkeit der Spannung über dem ersten Ladungsspeicher (Cl) leitend zu schalten .
Funkenstreckenanordnung (FSA) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Triggerschaltung (TRG) einen ersten Widerstand (R3) umfasst, wobei der erste Widerstand (R3) derart eingerichtet ist, dass der zweite Ladungsspeicher (C2) im Betrieb der
Triggerschaltung (TRG) auf eine Spannung zwischen 280 Volt und 320 Volt aufgeladen wird.
Funkenstreckenanordnung (FSA) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei der die Triggerschaltung (TRG) einen zweiten
Widerstand (R2) umfasst, wobei die Triggerschaltung (TRG) eingerichtet ist, den ersten Ladungsspeicher (Cl) über den zweiten Widerstand (R2) durch den
Eingangsimpuls aufzuladen.
Funkenstreckenanordnung (FSA) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Triggerschaltung (TRG) eine weitere Spannungsbegrenzungskomponente (D4, D5) umfasst, welche eingerichtet ist, die Spannung an der Primärseite (TU) des Transformators (Tl) auf einen vorgegebenen Wert zu begrenzen.
Funkenstreckenanordnung (FSA) nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 10, bei der die Triggerschaltung (TRG) einen dritten Widerstand (R4) umfasst, wobei die
Triggerschaltung (TRG) derart eingerichtet ist, dass der erste Widerstand (R3) und der dritte Widerstand (R4) einen Spannungsteiler für die Primärspannung des
Transformators (TR) bilden.
Funkenstreckenanordnung (FSA) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, welche eine Sicherung
aufweist, die mit der triggerbaren Funkenstrecke (TF) verbunden ist, wobei die Sicherung eingerichtet ist, eine elektrische Komponente von der Betriebsspannung zu trennen .
Elektronisches Bauteil mit einer Funkenstreckenanordnung (FSA) nach mindestens einem der vorhergehenden
Ansprüche, welches die elektrische Komponente aufweist, und wobei das elektronische Bauteil derart eingerichtet ist, dass an der elektrischen Komponente die
Betriebsspannung anliegt. Elektronisches Bauteil nach Anspruch 13, wobei die elektrische Komponente ein Superkondensator ist, der eine elektrische Höchstspannung von 500 Volt aufweist
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